Эффектов, частотомеров и так далее. Скоро дойдёт до того, что и мультивибратор будет проще собрать на контроллере:) Но есть один момент, который очень роднит все типы контроллеров с обычными цифровыми микросхемами серии К155 - это питание строго 5 вольт. Конечно найти такое напряжение в устройстве подключенном к сети не проблема. А вот использовать микроконтроллеры в составе малогабаритных девайсов с батареечным питанием уже сложнее. Как известно, микроконтроллер воспринимает только цифровые сигналы – логический ноль или логическую единицу. Для микроконтроллера ATmega8 при напряжении питания 5В логический ноль – это напряжение от 0 до 1,3 В, а логическая единица – от 1,8 до 5 В. Поэтому для его нормальной работы и требуется такое значение питающего напряжения.

Что касается микроконтроллеров AVR, то есть два основных типа:

Для получения максимального быстродействия при высокой частоте - питание в диапазоне от 4,5 до 5,5 вольт при тактовой частоте 0...16 МГц. Для некоторых моделей - до 20 МГц, например ATtiny2313-20PU или ATtiny2313-20PI.

Для экономичной работы на небольших тактовых частотах - 2,7...5,5 вольт при частоте 0...8 МГц. Маркировка микросхем второго типа отличается от первого тем, что на конце добавляется буква "L". Например, ATtiny26 и ATtiny26L, ATmega8 и ATmega8L.

Существуют и микроконтроллеры с возможностью понижения питания до 1.8 В, они маркируются буквой "V", например ATtiny2313V. Но за всё надо платить, и при понижении питания должна быть снижена и тактовая частота. Для ATtiny2313V при питании 1,8...5,5 В частота должна находиться в интервале 0...4 МГц, при питании 2,7...5,5 В - в интервале 0...10 МГц. Поэтому если требуется максимальное быстродействие, надо ставить ATtiny26 или ATmega8 и повышать тактовую частоту до 8...16 МГц при питании 5В. Если важнее всего экономичность - лучше использовать ATtiny26L или ATmega8L и понизить частоту и питание.

В предложенной схеме преобразователя, при питании от двух пальчиковых батареек с общим напряжением 3В - выходное напряжение выбрано 5В, для обеспечения достаточного питания большинства микроконтроллеров. Ток нагрузки составляет до 50мА, что вполне нормально - ведь при работе на частоте например 4 МГц, PIC контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления менее 2 мА.

Трансформатор преобразователя мотается на ферритовом кольце диаметром 7-15мм и содержит две обмотки (20 и 35 витков) проводом 0,3мм. В качестве сердечника можно взять и обычный маленький ферритовый стержень 2,5х7мм от катушек радиоприёмников. Транзисторы используем VT1 - BC547, VT2 - BC338. Допустима их замена на другие аналогичной структуры. Напряжение на выходе подбираем резистором 3,6к. Естественно при подключенном эквиваленте нагрузки - резисторе 200-300 Ом.

К счастью технологии не стоят на месте, и то что казалось недавно последним писком техники - сегодня уже заметно устаревает. Представляю новую разработку кампании STMicroelectronics - линейка микроконтроллеров STM8L, которые производятся по технологии 130 нм, специально разработанной для получения ультранизких токов утечки. Рабочие частоты МК - 16МГц. Интереснейшим свойством новых микроконтроллеров является возможность их работы с в диапазоне питающих напряжений от 1,7 до 3,6 В. А встроенный стабилизатор напряжения дает дополнительную гибкость выбора источника напряжения питания. Так как использование микроконтроллеров STM8L предполагают питание от батареек, в каждый микроконтроллер встроены схемы сброса по включению и выключению питания, а также сброса по снижению напряжения питания. Встроенный детектор напряжения питания сравнивает входные напряжения питания с заданным порогом и генерирует прерывание при его пересечении.

К другим методам снижения энергопотребления в представленной разработке относятся использование встроенной энергонезависимой памяти и множества режимов сниженного энергопотребления, в число которых входит активный режим с энергопотреблением - 5 мкА, ждущий режим - 3 мкА, режим остановки с работающими часами реального времени - 1 мкА, и режим полной остановки - всего 350 нА! Микроконтроллер может выходить из режима остановки за 4 мкс, позволяя тем самым максимально часто использовать режим с самым низким энергопотреблением. В общем STM8L обеспечивает динамическое потребление тока 0,1мА на мегагерц.

Обсудить статью ПИТАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

ЧАСТЬ1
Рано или поздно перед радиолюбителем возникает проблема изготовления универсального блока питания (БП), который имел бы достаточную надежность, регулируемое в широких пределах выходное напряжение, контроль от чрезмерного потребления тока и, конечно, защиту.
Каждый решает эту проблему по-своему. Вариантов построения источников питания не счесть. Вниманию читателей предлагаю еще один - с управлением на микроконтроллере. Он отличается качественной индикацией, доступной элементарной базой, отсутствием специализированных микросхем обвязки, надежной защитой от нештатных ситуаций и при этом легким в повторении и простым в эксплуатации.
Предлагаемый читателям БП вполне доступен для изготовления радиолюбителями, которые имеют минимальные знания в микропроцессорной технике, т.е. владеют алгоритмами «прошивания» готовых программ в микроконтроллер (МК) или могут обратиться к друзьям, способным им в этом помочь. В остальном - придерживайтесь принципов работы с микросхемами и, безусловно, не забывайте о правилах безопасности.
Несмотря на простоту конструкции, данный БП обладает следующими техническими характеристиками:

Такая идея возникла после желания построить новый БП с учетом реалий и развития современной элементарной базы.
При проектировании радиолюбительского источника питания для домашней лаборатории были поставлены следующие задачи:
наличие цифровой индикации, с которой легкого считываются значения выходного напряжения и тока;
охватить наиболее используемый диапазон выходного напряжения от самого нуля;
отказаться от переменного резистора как регулятора выходного напряжения;
наличие защиты, как от короткого замыкания, так и запредельного режима выходного транзистора;
отображать не установленные, а реальные данные по напряжению и току;
с учетом «цифровой начинки» излучать минимальный уровень шума;
доступность элементной базы;
легкость в настройке и повторении;
себестоимость.
Анализ опубликованных ранее схем показал, что авторы используют современные узкоспециализированные микросхемы, которые далеко не всегда имеются в наличии, особенно в небольших городах. Попытки их замены другими наталкиваются на необходимость изменения в программе. Так же, для облегчения макетирования, авторы идут по более легкому пути, используя жидкокристаллические индикаторы, но они имеют ограничения по углу обзора и не при всех условиях хорошо читаемые. Это понижает реакцию пользователя на изменения показаний, притупляет внимание и иногда приводит к полной потере подключаемого устройства.
Источник питания состоит из трех частей: основного - цифрового модуля управления с индикацией (А1), аналоговой части (А2) и отдельного модуля питания всего блока (A3).
Описание принципиальной электрической схемы источника питания и логика работы
Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис.1.

Основу цифровой части устройства составляет микросхема U1 фирмы AVR ATMEGA16 (4). В ее составе имеются 10-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Источником опорного напряжения 5 В для АЦП служит питание микроконтроллера (МК), поданное на 30 ногу через фильтр L1C4.
На МК возложены функции оцифровки выходного напряжения и тока через внутренний 10-битный АЦП, и вывод результата на шесть семи сегментных индикаторов, обработка клавиатуры, управление регулятором выходного напряжения, защита стабилизатора.
Для лучшей реакции пользователя индикация организована динамически на двух семи сегментных светодиодных индикаторах красного (напряжение) и зеленого (ток) цвета, объединяющих в себя по три разряда. Такой выбор цвета объясняется тем, что неконтролируемый рост значений напряжения всегда более опасен для нагрузки, чем изменение показаний амперметра, ибо последнее в автоматическом режиме отслеживается защитой.
Наличие шести индикаторов, управляемых портами МК, привело к тому, что пришлось применить буферную цепочку Т1-Т6 из 6 транзисторов р-n-р проводимости, уменьшающих до приемлемого значения ток через порты микроконтроллера.
К регистру порта РВ через восемь токоограничивающих резисторов R1-R8 включены соединенные в параллель сегменты шести индикаторов. К портам PDO-PD5 подключены транзисторы, активирующие конкретный разряд индикатора. Таким образом, процессор поочередно «засвечивает» каждый разряд индикатора и одновременно через порт РВО-РВ7 формирует изображение нужного числа.
Напряжение с выхода источника питания поступает для оцифровки на АЦП0 через резисторный делитель R49R50R51C9, коэффициент деления которого равен 5. МК производит выборки и затем определяет среднее значение. В качестве датчика тока, который потребляет нагрузка, используется мощный безындукционный резистор малого сопротивления R44. Величина падения напряжения на нем усиливается операционным усилителем DA2.2 и подается для анализа на АЦП1 МК.
Исходя из скорости обработки программы МК, опрос портов, в том числе клавиатуры, происходит циклически, без использования внутренних прерываний, что улучшает стабильность работы в целом. В случае не контролированного исчезновения питающего напряжения потери управляемости не наблюдалось и возрастания напряжения на выходе регулятора не фиксировалось.
Кнопки подключены к порту РА2, РАЗ, РА4. Их три: S1 - «+», в зависимости от величины шага, увеличивает значение выходного напряжения, S2 - «-» соответственно уменьшает. Кнопка S3 -«Плавно/грубо» определяет величину шага настройки. При включении - шаг составляет 0,1 В, при нажатии кнопки - увеличивается до 1,5 В. Повторное нажатие возвращает исходное значение, которое индицируется зеленым светодиодом LED2. Этот режим введен с целью быстрого ввода значений без утомительных нажатий кнопки «+». Шаг в 1,5 В выбран из соображения приближения к ряду питания низковольтной аппаратуры.
Таким образом, можно задать выходное напряжение с точностью в 0,1 В. Учтите, что БП не только измеряет реальное напряжение на выходе, но и задает его.
Указанный способ работы источника питания очень удобен в эксплуатации. Вы выставляете нужное напряжение, оно тут же выводится на клеммы и измеряется. При подключении нагрузки индикатор тока в реальном времени индицирует ток потребления. При ненормированной или нестабильной нагрузке напряжение выхода будет «проседать» или «прыгать», что немедленно отразится на индикаторах, а значит, привлечет внимание мастера к подключенному к нему устройству.
Следующим, не мене важном узлом, является цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который через порт РС0-РС7 управляет аналоговой частью устройства и формирует выходное напряжение. Из соображения доступности, простоты изготовления и уменьшения уровня излучаемых шумов использован так называемый R-2R ЦАП на R21-R37. Схема ЦАП, взята из открытых источников (1), неоднократно проверена и показала приемлемые характеристики.
Аналоговая часть схемы показана на рис.2


и состоит из сдвоенного операционного усилителя DA1, который формирует напряжение управления выходными транзисторами и усиливает напряжение от датчика тока.
DA1.1 в связке с транзисторами Т7, Т9, Т10 осуществляют необходимое усиление по току и напряжению. Т7 и Т9 включен по схеме с общим эмиттером, а Т10 - с общим коллектором. У включения последнего транзистора есть неоспоримые достоинства: большое входное и малое выходное сопротивление, что очень важно в источнике питания. Схему с таким включением еще называют «эмиттерным повторителем». В целом схема работает следующим образом: выходной ток ОУ усиливается транзистором Т7, его коллекторный ток подается на базу Т9, а затем проинвертированный и усиленный сигнал управляет мощным транзистором Т10. По сути дела, Т10 является усилителем тока коллектора Т9, который увеличивает его в h21э раз Т10. Исходя из чего на месте Т9 можно использовать транзисторы средней мощности.
Питание операционного усилителя осуществляется однополярным положительным напряжением. Благодаря применению транзисторов разной проводимости удалось добиться минимальной разности входного и выходного напряжений и четкой управляемости системы в целом. Наличие резистора R42 в цепи эмиттера Т7 ограничивает его базовый и, главное, коллекторный ток на уровне около 30 мА. Коэффициент усиления по напряжению ОУ DA1.1 и транзисторов Т7, Т9, Т10 равен 1+R40/R39.
На DA1.2 собран усилитель напряжения датчика тока потребления нагрузки - резистора R44. Коэффициент усиления по напряжению ОУ DA1.2 равен 25. Резистор R48 и D2 представляют собой простейший стабилизатор, задача которого состоит из защиты порта РА1 от возможного перенапряжения, ограничивая входное напряжение на уровне в 5,1 В. Аналогично используется D1 и R49 для порта РА0.
На элементах R51, R54, R53, Т8 собран электронный предохранитель. Он введен, исходя из того, что время реакции МК может быть недостаточным для блокировки биполярного транзистора при быстротечной перегрузке системы. Ток срабатывания определяет R54 и в небольших пределах регулирует R53. Максимальный ток срабатывания защиты - 2 А, что не даст возможности выйти из строя транзистору Т10.
Если падение напряжения на R54, которое зависит от тока потребления, превысит величину, равную приближенно 0,6 В, транзистор Т8 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора Т9, а вслед за ним и Т10. Ток нагрузки ограничится на безопасном для системы уровне. Использованная защита не имеет триггерного режима работы, а посему сразу после снятия короткого замыкания возвратится в исходное состояние. Таким образом, регулятор напряжения выдерживает возмущения выходного тока и в случаи короткого замыкания на клеммах, в том числе и импульсного характера.
Независимо от вышеуказанного электронного предохранителя на аналоговых элементах, который защищает источник питания от нагрузки, защита самой нагрузки возложена на МК, который в реальном времени следит за значениями выходного тока. Если этот показатель превысит заданную максимальную величину, он примет защитные меры, а именно: немедленно выключит ЦАП путем обнуления регистра порта PC, а также проинформирует пользователя миганием светодиода LED1. Отсутствие потенциала на резисторах ЦАП, а значит, и на входе DA1.1 закроет транзисторы регулятора. Напряжение на выходных клеммах будет снято - нагрузка отключена. В этом состоянии БП может находиться неограниченное время. Для возобновления подачи напряжения достаточно нажатиями кнопки S1 выставить необходимое выходное напряжение. При превышении указанных режимов защита автоматически сработает опять. Таким образом, в этом источнике питания используется две независимые петли защиты: быстродействующая - аналоговая на транзисторе Т8 и «контролирующая» - цифровая на U1.


Питание схемы показано на рис.3 и состоит из двух микросхем VR1, VR2 и цепей выпрямления, а также фильтрации. Стандартная схема включения пояснений не требует, кроме R58 мощностью в 1 Вт, наличие которого не обязательно, но с ним значительно лучший тепловой режим работы стабилизатора VR2 на 5 В.
Детали и конструкция
U1 -МКАVR АТМЕGА16А-16РPU или АТМЕGА16L.
Если от микроконтроллера никуда не уйдешь, то остальные детали - практически «ширпотреб», которого всегда в достатке. Детали блока не критичны к замене.
При построении ЦАП, безусловно, наилучшим вариантом был бы R-2R ЦАП в гибридном корпусе на одном кристалле. При его отсутствии, используйте резисторы в SMD исполнении или обычные, но обязательно возьмите каждый из номиналов из одной партии (коробки). Таким образом, будет максимально соблюдена линейность преобразования. Практика эксплуатации показала его стабильность и легкость реализации.
Индикаторы применены импортные типа GNT-3631BG, GNS-3611BD, но можно использовать и аналогичные отечественные, а также одиночные типа АЛС321Б или АЛС324Б, но обязательно с общим анодом.
Буферные транзисторы ВС478 заменяются любыми транзисторами малой мощности, что имеются в наличии, с соблюдением расположения выводов и проводимости, в том числе КТ209, КТ502 с любым буквенным индексом.
Транзисторы Т7, Т8 - импортные малой мощности, но можно установить КТ203, КТ208, КТ315 и КТ361 соответственно. В этом случае обратите внимание на максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер в сравнении с напряжением питания после диодного моста, если оно превышает 26 В. Т9 - КТ361, КТ801Б, КТ807Б. Т10 - средней мощности КТ803А, КТ814, КТ805, КТ808А или любой мощный с допустимым током коллектора не менее 2 А и допустимым напряжением коллектор-эмиттер больше напряжения питания. Испытано использование в качестве выходного составного транзистора по схеме Дарлингтона TIP110. Транзистор Т10 желательно выбрать с большим статическим коэффициентом передачи тока базы. Т10 установлен на радиаторе площадью 400 см2. Если Ваш радиатор мал, то установите вентилятор от компьютера.
Резисторы - датчики тока С5-16В, мощностью 5... 10 Вт. Мощность токозадающих резисторов из соображения надежности сознательно увеличена.
Конденсаторы на плате А1 - керамические, желательно в SMD исполнении. Электролиты в стабилизаторе - К50-12.
Операционный усилитель можно попробовать заменить TLC2272, TLC2262 или аналогичным. Подстроечные резисторы из серии СП5, СПЗ-19б.
Стабилизаторы питания на 5 и 18 В работают без радиатора, при наличии R58. Диодная сборка на 2 А или любые выпрямительные диоды с допустимым прямым током в 2 А и обратным напряжением не менее напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Если использовать трансформатор на 24 В переменного напряжения, то или германиевые с малым прямым падением напряжения и обратным не менее 30 В или современные Шотки. Светодиоды можно применить любого типа.
Габаритная мощность трансформатора должна быть не мене 60 Вт, выходное переменное напряжение от 25 до 35 В, 2 А. При большем напряжении не смогут работать стабилизаторы VR1, VR2.
Конструктивно изготавливается на 3-х или 2-х платах. В последнем случае блоки А2 и A3 сведены в один. Такая конструкция даст возможность быстрой модернизации блока в будущем путем замены устаревшей части, а также облегчит наладку.
Сборка и наладка
Правильно собранный БП начинает работать сразу, но нужно учесть следующее.
В цифровой части распайку платы провести без МК, вместо которого установить 40-выводную панельку. Можете установить 6-штырьковый
разъем для внутрисхемного ISP программирования (JMP1-JMP3). Катушку L1 и конденсатор С4 расположите как можно ближе к МК. Разводку платы произведите так, чтобы шина питания схемы и МК шла «звездочкой» с одной точки, чтобы не было «сквозного» тока через выводы микроконтроллера.
«Зашейте» программу в микроконтроллер. Внимательно отнеситесь к выставлению фьюзов, иначе введете его в «нокаут». Если этот этап проводите впервые, то сначала почитайте соответствующую литературу. «Прошитый» контроллер засветит нули в индикаторе, и будет реагировать на прикосновение пальцами к портам АЦП, высвечивая разные цифры. Подав через резисторы в сотню Ом на РА0, РА1 5 В от его же питания, получите соответствующие показания на индикаторах.
Аналоговую часть можно собирать всю сразу и начинать налаживать отдельно, без цифровой платы. Запаяйте все резисторы, конденсаторы и диоды. Впаивать цепочку транзисторов после DA1.1 поочередно с обязательным измерением тока коллектора Т7. Проконтролируйте, чтобы он не достиг значения больше 30 мА. Иначе меняйте очередной транзистор на другой, аналогичный или меньшей мощности (важен h21э). Если это условие не соблюсти, то резистор R2 придется уменьшать до десятков Ом, и он превратится в «печку». После этого ставим в панельку LM358. Убедившись в работоспособности усилителя напряжения, приступайте к электронному предохранителю на Т8. При нагрузке в 2 А он должен «реагировать» и блокировать выходную мощность на безопасном уровне.
Начальная настройка показаний вольтметра и амперметра производится по показаниям тестера. На 2 ногу DA1 подается 5 В от стабилизатора питания и подстроечным резистором R50 выставляется 5 В при выходном напряжении в 25 В.
Движком резистора R47 выставляете на выходе 7 DA1 1,5В при нагрузке в 1,5 А.
Когда вся цепь по напряжению работоспособна, выставляем верхнюю границу напряжения, в зависимости от входного напряжения от трансформатора, с помощью R40. Имейте в виду, что если при статической нагрузке «дергаются» показания индикаторов, значит, система возбуждается. Это может быть как следствием ошибок или неверной разводки аналоговых цепей на плате, так и недостаточной мощности обмоток трансформатора.
Теперь можно соединить все части воедино и произвести окончательную настройку - согласование указанными ранее подстроечными резисторами.
Вопросы по построению источника питания можно задать автору на электронный адрес [email protected] .
РА №3, 2011
Литература
1. Стабилизатор напряжения 0...25,5 В с регулируемой защитой по току. // Радио. - №8. - 2007.
2. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы ATMEL
3. Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR от простого к сложному
4. Datasheet ATMEGA16А-16PU - Atmel Даташит 1C, 8-бит 16К FLASH Микроконтроллер

ЧАСТЬ 2


(Продолжение. Начало см. в РА 3/2011)
Опубликованная в схема блока питания с микроконтроллерным управлением преследовала цель заинтересовать радиолюбителей и помочь им понять потенциальные возможности и перспективы использования микроконтроллеров (МК) в блоках питания аппаратуры, а также освоить МК практически. Вторая часть этой статьи - продолжение изысканий автора в этом направлении и анализ вопросов и предложений, высказанных автору читателями журнала.
Отзывы на статью показали наличие в среде радиолюбителей как теоретического, так и практического интереса к этой теме, а также выявили трудности, с которыми столкнулись читатели.
Внимание автора привлекло справедливое замечание одного из радиолюбителей из г. Курска, пожелавшего повторить блок. У него в наличии были только семисегментные индикаторы с общим катодом, а покупать подобные с общим анодом, используемые в БП из статьи , не вызывало особого энтузиазма. Как и ожидалось, не обошлось без «религиозных войн» со стороны приверженцев продукции конкурирующих фирм-производителей микроконтроллеров AVR и PIC.
К этому БП также проявили интерес радиолюбители, которые не имеют опыта работы с МК. Многих читателей интересует возможность повысить выходную мощность БП с сохранением заявленных ранее характеристик и возможностей.
Учитывая вышеизложенные пожелания, автор разработал ряд дополнений, которые можно условно
разбить на три направления:
1. Модернизация существующей цифровой части БП (А1) и разделение ее схемы на два узла
(части).
2. Перенесение полученного результата на другую микроконтроллерную платформу.
3. Повышение выходной мощности БП и выходного тока до 2 А.
Следует учесть, что при этом модернизация коснулась как принципиальной схемы, так и программы МК.
Кроме того, программа защиты контролирует теперь верхнюю границу тока потребления в 2,05 А.
Остальные заявленные в характеристики блока питания не изменились.
Описание изменений в принципиальной электрической схеме блока питания и логики его работы
Структура источника питания, как и прежде, состоит из трех частей. Изменению, как описано выше, подвергся цифровой модуль управления с индикацией (А1). Аналоговая часть (А2) и модуль питания (A3) самого БП остались без изменений.
Цифровой модуль управления разделен на две части, так как практика показала, что при стремлении сделать БП как можно более компактным, расположить на одной плате микроконтроллер с обвязкой, индикаторы и элементы управления практически невозможно. Кроме того, так решается проблема универсальности использования различных типов светодиодных индикаторов.
Таким образом, к плате микроконтроллерного управления (А1) теперь добавлена плата управления и индикации (А4).
Принципиальная электрическая схема модернизированного модуля А1 показана на рис.1.

Работа цифровой части устройства на микросхеме U1 фирмы AVR ATMEGA16 в целом не изменилась (см. ).
На МК, как и прежде, возложены функции оцифровки выходного напряжения и тока через внутренние АЦП и вывод результата на шесть семисегментных индикаторов, обработка клавиатуры, управление регулятором выходного напряжения и защита стабилизатора напряжения. Для удобства работы с блоком питания в программу добавлены алгоритм включения звукового излучателя (бипера) при переходе системы в режим «Авария» и алгоритм обработки энкодера (валко-дера). При этом оставлен режим работы с кнопками. Таким образом, пользователю предоставлена возможность выбора варианта управления. Например, можно использовать только одну кнопку S3 «Шаг» и энкодер. Такой вариант особо пригодится тем, кто имеет механический энкодер со встроенной кнопкой.
Итого, в схеме к первоначальному варианту уз-ла (А1) из в принципиальную схему добавлен узел опроса энкодера: два резистора (R46, R47) и сам энкодер, подключенный к ранее свободным выводам РА5, РА6. Добавлена также система управления звуковым излучателем R49, Т11, ЕР. В данной конструкции нужно использовать бипер с внутренней генерацией. Сделано это, чтобы не «отвлекать» микроконтроллер на генерацию сигнала. Тем, кто не сможет достать такой излучатель, рекомендую заменить его обычным генератором на транзисторах или логических элементах с пьезоизлучателем, питание на который надо снимать с коллектора Т11. Этот узел построен так, что по желанию его можно одновременно использовать для режима полного отключения выхода блока питания с помощью реле или полевого транзистора при нештатной ситуации.
В нынешнем варианте много чего вынесено в узел индикации и управления (А4), который может быть выполнен в двух вариантах: для индикаторов с общим анодом (рис.2)

и для индикаторов с общим катодом (рис.3).

Он подходит для всех микроконтроллеров, указанных в статье.
Таким образом, А4 содержит 6 транзисторных ключей индикации Т1-Т6 (n-p-n или p-n-р проводимости в зависимости от типа индикатора), которые уменьшают до приемлемого значения ток через порты микроконтроллера. В состав А4 входят схема управления самогенерирующим бипером на транзисторе Т11 и энкодер. Резисторы R46, R47, входящие в узел опроса энкодера, расположены на А1.
По просьбе радиолюбителей, которые столкнулись с проблемой приобретения МК AVR
ATMEGA16, разработана и испытана программа для МК AVR ATMEGA8535, который совпадает по выводам с ATMEGA16. Возможно также применение МК AVR ATMEGA32, у автора имеется соответствующая версия программы.
Кроме того, был разработан вариант схемы блока А1 на МК типа PIC16F877A, принципиальная схема которого показана на рис.4.

В целом в нем иная архитектура портов. Тем не менее, удалось подобрать оптимальный вариант его подключения с минимальными отличиями. Основные из которого -наличие кварцевого резонатора Сr1, отсутствие обвязки цепи «RESET», питания аналоговой части АЦП и, конечно, иного разъема внутрисхемного программирования. В дан ном случае он 10-штырь-ковый. Программная часть PIC16F877A работает аналогично. К плате физически подходит любой вариант платы управления и индикации (А4).
Принципиальная схема аналоговой части (А2) не изменилась. Ее можно посмотреть на рис.2 в .
Питание самого блока выполнено по схеме рис.3 из и объясненной там же.
Детали и конструкция
U1 - AVR ATMEGA16-16PU, ATMEGA16L или ATMEGA16А, а также вышеуказанные ATMEGA8535, ATMEGA32, аналогично - PIC16F877 и PIC16F877A.
Напоминаю, что в случае использования указанных микроконтроллеров AVR не требуется переделки схемы и платы.
МК PIC между собой также взаимозаменяемы. При этом автор использует кварцевый резонатор на 10 МГц. Индикаторы, как указано выше, с общим катодом или анодом любого типа и размера. От выбора индикатора и их размеров зависит значение тока в их цепи. Поэтому, возможно, необходим подбор резисторов в цепи между индикатором и портом РВ МК в диапазоне 100...300 Ом, но эти резисторы обязательно должны иметь одинаковые номиналы.
В качестве буферных транзисторов Т1-Т6 на плате индикаторов (А4) можно использовать любые из имеющихся в наличии транзисторов малой мощности с учетом проводимости и током коллектора около 100 мА.
Энкодер типа РЕС 12, РЕС 16 или аналогичный.
Мощность сетевого трансформатора должна быть 70... 100 Вт, выходное напряжение от 25 до 35 В, ток ЗА.
Радиатор выходного транзистора должен иметь полезную площадь охлаждения не менее 500 см2.
Иначе надо поставить вентилятор для принудительного обдува.
Сборка и наладка
Правильно собранный БП начинает работать сразу. Сборку производить в порядке, указанном в предыдущей статье.
К кварцевому резонатору в схеме на PIC16F877A, возможно, не потребуется присоединение по стандартной схеме двух одинаковых конденсаторов на 10...30 пФ (С2 и СЗ).
Программировать микроконтроллер можно как в отдельно собранном программаторе, так и внутри-схемно через соответствующий разъем на плате.
Акцентирую внимание на проверку при программировании правильности установленных фьюзов, так как программаторы не имеют единого стандарта в этом вопросе. Сначала нужно прочесть, каким способом обозначается установленный фьюз, и только потом активировать.
Вариант установки фьюзов для программы РоnyProg2000 показан на рис.5.


Для AVR ATMEGA8535 указанные фьюзы выставляются аналогично, а для МК PIC16F877 нужно использовать слово конфигурации: Ox3f3a.

Файлы для прошивки микроконтроллеров выложены в архиве на сайте издательства «Радиоаматор».
В этом архиве находится 8 файлов:
файл anod-2_05A_PIC877.hex прошивки МК PIC16F877 для индикаторов с ОА;
файл anod-2_05A_PIC877A.hex прошивки МК PIC16F877A для индикаторов с ОА;
файл catod-2_05A_PIC877.hex прошивки МК PIC16F877 для индикаторов с ОК;
файл catod-2_05A_PIC877A.hex прошивки МК PIC16F877A для индикаторов с ОК;
файл anod_2A_16.hex прошивки МК ATMEGA16 для индикаторов с ОА;
файл catod_2A_16.hex прошивки МК ATMEGA16 для индикаторов с ОК;
файл anod_2A_8535.hex прошивки МК ATMEGA8535 для индикаторов с ОА;
файл catod_2A_8535.hex прошивки МК ATMEGA8535 для индикаторов с ОК.
В данное время автором осуществляется ряд экспериментов для изучения поведения блока, особенно стабильности его характеристик при выходном токе от 3 до 5 А.
Литература:
1. Котик В.Д. Лабораторный блок питания с микроконтроллерным управлением 0.. .25,5 В с двойной защитой // Радиоаматор. - 2011 - №3. - С.26-30.
2. http://www.ra7.com.ua/ - сайт издательства «Радиоаматор».
Источник РА 6"2011

АРХИВ:
Котик В.Д

Индикатор - ЖКИ дисплей на основе контроллера НD44780, 2 сточки по 16 символов. Управление напряжением осуществляется встроенным в контроллер ШИМ ом. Его скважность регулируется энкодером, каждый шаг которого приводит к увеличению или уменьшению напряжения на 0,1 вольт на выходе БП. Полный оборот энкодера – 2 вольта. Поскольку ШИМ может изменять напряжение на накопительной емкости лишь в интервале от 0 до 5 вольт, применен ОУ с коэффициентом усиления 5. Таким образом фактическое напряжение на выходе БП регулируется в пределах 0 – 25 вольт.
Регулирующим элементом является мощный составной транзистор КТ827А. С эмиттера регулирующего транзистора через верхнее плечо делителя (2 Х 8,2 к) осуществляется обратная связь, благодаря чему даже при больших токах в нагрузке напряжение поддерживается на строго заданном уровне вплоть до сотых долей вольта.

Измерительная часть – двухканальный АЦП (Микрочип), измеряющий реальное напряжение на выходе БП и падение напряжения на шунтирующем резисторе, усиленное ОУ, что прямо пропорционально потребляемому нагрузкой току. Сердцем конструкции является контроллер.

Блок защиты от короткого замыкания в нагрузке. Выполнен виде отдельного устройства включенного между выпрямителем и регулирующим элементом. Ток срабатывания защиты - 5 А. Подбирается резистором 47к в базовой цепи транзистора управляющего ключом КТ825Г.

Настройка.
Заключается в подборе резисторов, обозначенных звездочкой, для соответствия показаний ЖКИ реальным току и напряжению на выходе БП.

Детали.
Шунт взят из разбитого мультиметра, его сопротивление около 0,01 Ом. Исходное состояние контактов энкодера описано в принципиальной схеме, он может быть любой соответствующий этим состояниям. Кроме вращения, он имеет вн контакты, которые замыкаются без фиксации при нажатии на вал.
Транзисторы n-p-n без маркировки могут быть КТ315 или любыми маломощными, подобными им в чип корпусе. Транзистор p-n-p в ключе, управляющем подсветкой может быть любой средней мощности.

Как пользоваться БП.
Энкодером регулируется напряжение 0 – 25 вольт с шагом 0,1 вольта. При кратком (менее 0,5 сек) нажатии на ручку включается/выключается подсветка. При нажатии более 0,5 сек происходит запись установленного напряжения в энергонезависимую память контроллера.

Полный проект для MPLAB вы можете скачать ниже.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество
	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1
	АЦП	MCP3202	1
	Операционный усилитель	LM358	2
	Линейный регулятор	LM7809	1
	Линейный регулятор	LM7805	1
	Биполярный транзистор	КТ825Г	1
	Биполярный транзистор	КТ827А	1
	Биполярный транзистор	КТ315А	2
	Транзистор		1
	Диодный мост		1
		4700 мкФ	1
	Электролитический конденсатор	2200 мкФ	3
	Электролитический конденсатор	1 мкФ	1
	Электролитический конденсатор	470 мкФ	2
	Электролитический конденсатор	4.7 мкФ	4
	Электролитический конденсатор	10 мкФ	1
	Конденсатор	0.1 мкФ	1
	Резистор	2.2 кОм	1
	Резистор		1
	Резистор	4.7 кОм	2
	Резистор	47 кОм	1
	Резистор	3.3 кОм	2
	Резистор	100 кОм	1
	Резистор	1 кОм	3
	Резистор	0.01 Ом	1
	Резистор	470 Ом	1
	Резистор

11

Рис. 2. Схема блока питания.

Основные изменения в схеме относительно оригинала:
1) под R-2R ЦАП выделен порт С микроконтроллера целиком, так проще работать,
2) сами резисторы в ЦАПе других номиналов, такие, какие были, кстати, эти резисторы надо бы подбирать с высокой точностью, иначе при работе ЦАПа будут ступеньки.
3) схема Дарлингтона в выходном каскаде заменена на один КТ8106А ;
4) токоизмерительный шунт сделан более мощным и с меньшим сопротивлением (0,55 Ом);
5) устранено совмещение сигнальных линий энкодера и LCD-экрана.
6) предусмотрена обвязка термодатчика и схема управления вентилятором с ШИМ управлением.

Исходники были модифицированы под данную схему. Переназначены ножки микроконтроллера. Файлы для работы с клавиатурой были заменены (kbd.c и kbd.h ) на файлы для работы с энкодером . Алгоритм работы энкодера следующий: нажали на энкодер - вошли в режим установки напряжения, нажали еще раз - вошли в режим установки тока, нажали еще раз - сохранили установки. Если в режиме настройки не трогать энкодер более 20 секунд, блок автоматом выходит из режима настройки и не сохраняет изменения. Энкодер работает по внешним прерываниям и использует таймер Timer2 для реализации защитных пауз.

Изменена логика работы со светодиодом состояния. Теперь он показывает аварийные ситуации - перегрузку блока питания, перегрев и состояние перезаписи прошивки бутлоадером.

В логику работы дисплея введено мигание изменяемого параметра.

Добавлен опрос 3-го аналогового входа АЦП для термодатчика. Реализована ШИМ-регулировка оборотов вентилятора охлаждения в зависимости от показаний датчика.

Изменен протокол общения блока с компьютером. Теперь используются стандартизованные команды, позволяющие задать установки тока/напряжения и калибровочные настройки. Теперь калибровки также хранятся в EEPROM микроконтроллера.
Использование более емкого микроконтроллера позволило использовать бутлоадер .

Сборка

Корпус УПС очень хорошо подходит для переделки. Прочный, пластик, внутренние усилительные ребра. Да и размер подходящий. Вместо задней панели с силовыми разъемами я вырезал аналогичный по цвету и форме кусок ровного пластика от лотка струйного принтера. К нему прикрутил радиатор от старого Атлона. К радиатору через изолирующую термоподложку прикрепил выходной транзистор, диодный мост и датчик температуры. Два слова о том как определять обмотки в трансформаторе: самые толстые три провода - это вторичная силовая обмотка. От нее у меня питается силовая часть. Бывает еще и вторая слаботочная вторичная обмотка для питания внутренней схемы УПС. Она определяется так - это два тонких провода одинакового (у меня были оранжевые) цвета. У меня от нее запитана схема управления, микроконтроллер, подсветка экрана и вентилятор. Остальные относительно тонкие провода - это первичная обмотка с большим количеством отводов. С их помощью можно подобрать подходящее выходное напряжение силовой обмотки при приемлемом токе холостого хода.

В результате удаления силовых разъемов, между задней стенкой и трансформатором освободилось место, в которое поместились конденсаторы фильтра. В лицевой панели разметил и вырезал отверстия для экрана и выходных разъемов. В крышке корпуса размещены плата управления, энкодер, выключатель питания и плата RS232-интерфейса. В передней части корпуса оставлено свободное место для дальнейшего усиления блока (можно будет поставить второй трансформатор).

В качестве интефейса МК-компьютер я пока использую готовую платку преобразователя USB-TTL RS232 на микросхеме CP2102. Через нее осуществляется перепрошивка МК и общение компьютера со схемой. В будущем я планирую сделать оптоизолированный RS232 интерфейс.

Рис.3. Передняя панель.

Рис. 4. Установка радиатора.

Рис. 5. Внутренности блока.

Прошивка

Я все делал в среде AVR Studio 4.18 с WinAVR-20100110 . Готовые файлы прошивки для бутлоадера и основной программы лежат в архиве.
Прошить микроконтроллер можно и просто основной программой или связкой "бутлоадер+основная программа ". Первый случай подойдет тем, кто ничего в основной программе менять не собирается. Или не собирается делать интерфейс блок-компьютер. В случае использования бутлоадера можно перепрограммировать полностью собранное устройство и на первом этапе очень удобно было, например, подгонять калибровочные параметры. Однако, для бутлоадера блоку нужен RS232.

Вне зависимости от способа программирования вначале нужно подключить собранную плату к ISP-программатору. Затем прошить соответствующим hex-файлом и выставить фьюзы. В случае использования программы без бутлоадера HIGH=0xDB LOW=0xDE, во втором HIGH=0xDA LOW=0xDE. Остальное изменять не стоит.

Как только бутлоадер прошит, дальнейшие манипуляции по перепрограммированию осуществляются очень просто: подключаешь блок к компьютеру RS232 интерфейсом, контролируешь (в случае USB -эмуляции порта), что подключение произошло к COM1, 2, 3, или 4, включаешь питание блока и сразу запускаешь в студии Tools->Avr Prog. В ней выбираешь файл из архива с прошивками \AVRGCC1\Debug\PowerUnit.hex и шьешь.
Поскольку и бутлоадер и вся процедура у меня сделана по статье , тонкости процесса можно почерпнуть там.

Калибровка

Замечательным свойством данной схемы является универсальность. В принципе, можно сделать блок питания на любое напряжение, любой ток , и любой конструкции. Понятно, что эти характеристики зависят, прежде всего от первичных преобразователей мощности: трансформатора, диодного моста, фильтра, транзистора выходного каскада, или характеристик импульсного преобразователя.

Но для микроконтроллерной части это все не важно. Главное, чтобы делитель выходного напряжения выдавал ему напряжение от 0 до 2,56В, токоизмерительный шунт в режиме короткого замыкания давал около 2В, а система установки выходного напряжения принимала напряжение от 0 до 5В.
Настроить калибровки можно с помощью интерфейса.

Интерфейс и работа с компьютером

Работа интерфейса также изменилась по сравнению с программой Гвидо: скорость 38400 kbps, 8N1. В конце строки требуется символ перевода каретки.
Набор команд:

С помощью этих команд можно управлять блоком из любой терминальной программы. Я предпочитаю использовать Serial monitor в Arduino, но это дело вкуса.
Я написал небольшую программу для Windows которая умеет выводить данные в график и задавать значения, в том числе и по протоколу. См. раздел файлов.

Рис.6. Интерфейс программы управления. Вкладка с графиками.

Представляю для вашего внимания проверенную схему хорошего лабораторного источника питания, опубликованного в журнале "Радио" №3, с максимальным напряжением 40 В и током до 10 А. Блок питания оснащён цифровым блоком индикации, с микроконтроллерным управлением. Схема БП показана на рисунке:

Описание работы устройства. Оптопара поддерживает падение напряжения на линейном стабилизаторе примерно 1,5 В. Если падение напряжения на микросхеме увеличивается (например, вследствие увеличения входного напряжения), светодиод оптопары и, соответственно, фототранзистор открываются. ШИ-контроллер выключается, закрывая коммутирующий транзистор. Напряжение на входе линейного стабилизатора уменьшится.

Для повышения стабильности резистор R3 размещают как можно ближе к микросхеме стабилизатора DA1. Дроссели L1, L2 — отрезки ферритовых трубок, надетых на выводы затворов полевых транзисторов VT1, VT3. Длина этих трубок равна примерно половине длины вывода. Дроссель L3 наматывают на двух сложенных вместе кольцевых магнитопроводах К36х25х7,5 из пермаллоя МП 140. Его обмотка содержит 45 витков, которые намотаны в два провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм, уложенных равномерно по периметру магнитопровода. Транзистор IRF9540 допустимо заменить на IRF4905, а транзистор IRF1010N — на BUZ11, IRF540.

Если потребуется с выходным током, превышающим 7,5 А, необходимо добавить еще один стабилизатор DA5 параллельно DA1. Тогда максимальный ток нагрузки достигнет 15 А. В этом случае дроссель L3 наматывают жгутом, состоящим из четырех проводов ПЭВ-2 диаметром 1 мм, и увеличивают примерно в два раза емкость конденсаторов С1—СЗ. Резисторы R18, R19 подбирают по одинаковой степени нагрева микросхем DA1, DA5. ШИ-контроллер следует заменить другим, допускающим работу на более высокой частоте, например, КР1156ЕУ2.

Модуль цифрового измерения напряжения и тока лабораторного БП

Основа устройства - микроконтроллер PICI6F873. На микросхеме DA2 собран стабилизатор напряжения, которое используется и как образцовое для встроенного АЦП микроконтроллера DDI. Линии порта RA5 и RA4 запрограммированы как входы АЦП для измерения напряжения и тока соответственно, a RA3 - для управления полевым транзистором. Датчиком тока служит резистор R2, а датчиком напряжения — резистивный делитель R7 R8. Сигнал датчика тока усиливает ОУ DAI. 1. а ОУ DA1.2 использован как буферный усилитель.

Технические характеристики:

• Измерение напряжения, В - 0..50.
• Измерение тока, А - 0.05..9,99.
• Пороги срабатывания защиты:
• - по току. А - от 0,05 до 9.99.
• - по напряжению. В - от 0,1 до 50.
• Напряжение питания, В - 9...40.
• Максимальный потребляемый ток, мА - 50.